【《脱丙烷塔的塔体计算案例》6600字】

脱丙烷塔的塔体计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u14912脱丙烷塔的塔体计算案例 塔板液相温度汽相温度液相质量流量汽相质量流量液相体积流量汽相体积流量液相分子量汽相分子量液相质量密度汽相质量密度液相粘度汽相粘度表面张力CCkg/hrkg/hrcum/seccum/seckg/cumkg/cumcPcPdyne/cm232.316137.869021238.9262627.5630.0006870.03328346.7909645.32307500.598621.929260.0955190.0092777.782829337.8690241.176021248.2072636.8440.0006910.03316148.498546.07193502.130422.088110.098630.009327.758734441.1760243.017871251.782643.4170.0006930.03309649.4577646.48426502.819622.18650.1005230.0093447.839678543.0178741.026321257.9812646.6180.0006940.03304949.9552346.6954503.188522.244830.1015070.0093597.875451641.0263241.597481258.8292647.4650.0006950.03300550.2051246.79991503.443822.281520.1019680.0093687.888782741.5974841.946291258.5292647.1660.0006940.03296250.3310846.85151503.640322.3080.1021620.0093747.894265841.9462945.181341257.7542646.3910.0006930.0329250.3967346.87758503.792222.330190.1022270.0093797.896512945.1813445.355631256.8592645.4960.0006930.03287850.4330846.89141503.905522.350940.1022320.0093837.896991045.3556345.496231255.9932641.630.0006920.03283750.4551446.89938503.988222.371460.102210.0093867.8963251145.4962345.61911255.542641.1770.0006920.03280150.4702946.90503501.045622.392280.1021770.0093897.8947741245.619145.728841251.4982643.1350.0006910.03275850.4829746.90892501.083622.413280.102140.0093927.8925011345.7288445.836081253.8272642.4640.0006910.03271850.4949746.91299501.109222.434530.1021010.0093957.8897351445.8360845.949481253.1492641.7860.000690.03267950.5101546.91836501.130822.455760.1020630.0093987.8865671545.9494846.08211252.3642641.0010.000690.03263950.532946.92667501.160222.476550.1020320.0094017.8830951646.082146.25571251.3062639.9430.0006890.03259750.5705646.94071501.216322.496150.1020090.0094067.8793931746.255746.507121249.7062638.3430.0006880.03255350.6359246.96532501.330222.513380.1020040.0094117.8759191846.5071246.897841247.1272635.7640.0006870.03250250.7509447.00874501.553122.52640.102030.0094197.87215塔板液相温度汽相温度液相质量流量汽相质量流量液相体积流量汽相体积流量液相分子量汽相分子量液相质量密度汽相质量密度液相粘度汽相粘度表面张力CCkg/hrkg/hrcum/seccum/seckg/cumkg/cumcPcPdyne/cm1946.8978449.004464393.7732782.410.0024170.03394750.9520347.67076501.965922.767780.1021070.0094377.8674822049.0044651.324324436.6112825.2480.0024470.03411951.419148.36344503.697323.001910.1030440.0094577.7646452151.3243251.053384481.642870.2770.0024770.03425551.9801649.18903502.588823.275120.1043760.0094817.6951752251.0533857.161374536.7122925.3490.0025140.03442252.6471350.17255501.350223.606920.1061040.0095087.6091032357.1613760.459974601.7942993.4320.0025590.03465653.3920951.27619499.850623.993090.10820.0095367.4650022460.4599763.684914681.2593069.8960.0026110.03493751.1594852.41557498.090621.408180.1105650.0095627.252772563.6849166.575524763.0243151.6620.0026670.03527351.8843553.49359496.175221.81950.1130310.0095847.0410582666.5755269.001454843.0693231.7060.0027220.03563455.5162551.43271491.307525.191830.1154030.0096036.8476412769.0014570.921454913.4643302.1010.0027710.0359656.0319855.19688492.621825.507280.1175010.0096176.7036692870.9214572.376954971.7863360.4230.0028120.03623556.4303155.78522491.211725.760950.1192290.0096296.5963682972.3769573.448545017.5293406.1660.0028440.03644956.7254356.21978490.09625.958140.120570.0096386.5183963073.4485471.224345051.9543440.5910.0028680.03660556.9375356.53128489.245526.108830.1215630.0096456.464443171.2243471.782855077.1993465.8360.0028860.03671257.0866856.74989488.610626.223720.1222710.009656.4296823271.7828575.187085095.4223481.0590.00290.03678157.1899356.901488.140626.31220.122760.0096556.3370813375.1870875.484745108.4733497.110.0029090.03682257.2605357.00423487.792126.381610.1230880.0096596.3100123475.4847475.710955117.7853506.4220.0029160.03684257.3082557.07395487.532426.437350.1232980.0096636.2901123575.7109575.891485121.3923513.0290.0029210.03684857.3457.12035487.338226.483170.1234230.0096666.2752393675.8914876.045865128.9973517.6340.0029240.03684357.3606157.15046487.194826.521480.1234870.0096696.2638843776.0458676.190175132.0333520.6690.0029270.0368357.3733757.1691487.094626.553660.1235040.0096736.2550053876.1901776.339975133.7063522.3430.0029280.0368157.3806157.17967487.035926.580260.1234820.0096766.2478783976.3399776.514185131.0263522.6630.0029280.03678557.3842957.18502487.022826.601080.1234240.0096816.2419584076.5141876.742595132.7833521.420.0029270.03675257.3871457.18907487.06726.615340.1233260.0096866.2366854176.7425977.083215129.5023518.1380.0029250.03670957.3952657.20064487.190326.6220.1231810.0096936.2310824277.0832177.666265123.3563511.9930.002920.03664657.4254857.24411487.431826.621120.1229740.0097036.2228454377.6662678.804325112.983501.6170.0029110.03654157.5254257.38869487.861426.618840.1226770.009726.205801PAGEPAGE49从表1.1ASPEN模拟后塔板水力学数据中不难找出第39块板的汽液相符合最大，本设计将采用此快板的水力学数据对脱丙烷塔进行计算，具体数据详见表1.2。表1.2脱丙烷塔第39块板水力学数据板数液相的温度℃气相的温度℃液相的质量流量kg/h气相的质量流量kg/h液相的体积流量m3/s气相的体积流量m3/s3976.376.55131.0263522.6630.0029280.036785液相分子量汽相分子量液相质量密度汽相质量密度液相粘度汽相粘度表面张力57.3842957.18502487.022826.601080.1234240.0096816.241958塔板工艺尺寸计算如下：（1）塔径的计算：据流量公式，即D=其中，D——塔径，m；Vs——塔内气相体积流量，m3u——空塔气速，m/s；u其中，umaxρL——液相密度，kg/m3ρV——气相密度，kg/m3C——负荷系数。可从图1.1史密斯关系图中求得负荷系数，系数表以表面张力α=20mN/m来绘制的，需要根据此式子找出负荷系数：C=图1.1史密斯关联图求出史密斯关联图的x轴横坐标数值：L取板间距HT=0.60m，取上层液高hL=0.10m，则参考图中：H查图1.1得C20=0.068，则：C=u一般来说，孔塔气速的取值在最大孔塔气速的0.6倍至0.8倍，取安全系数为0.6，则：u=0.6因此塔径即：D=常用的塔径标准长度（mm）有400、500、600、700、800、1000、1200等，本设计规整后取塔径D=1000mm。塔截面积则：A实际的空塔气速：u=（2）塔板数及有效高度的计算本设计的物系液相粘度处于0.03~1.4mPa·s，选用经验法求塔效率：E根据ASPEN严格和简捷计算后所得的实际塔板数44代入：N精馏段的有效高度：HH1.2塔盘工艺计算（1）塔板盘的选择：板式塔中，最核心的内部构件即是塔盘，它由塔板盘、降液管、汽液接触式元件、溢流堰、受液盘等。塔板盘中常见的是整块式和分块式两种，对比见表1.3。表1.3塔板盘对比塔盘类别整块式分块式定距管式重叠式单溢流塔盘双溢流塔盘简述固定支撑效果好，稳定保持塔盘一定间距采用调节螺丝，良好的支柱作用，结构易调整液体自受液盘横向流动，塔板效率高，结构简单上层塔板的液体分别经左右两侧降液管流至塔板，结构复杂，但有效降低液面差优点带来一定稳定性，有效控制板间距结构设计简单，有足够的刚性，节省材料适用性拆装，检修不方面，耗费材料根据塔径的大小选择对应的塔盘液体从上而下依次地溢流至上下两塔盘，而这种特殊流动方式很大程度上影响着塔板上汽液想接触的过程，溢流方式对生产过程极为重要，溢流堰和降液管的结构也很大程度上决定溢流方式。直径大的塔可以使用形降液管，本设计塔直径为1000mm，而且塔板的面积利用率不低，弓形降液管是较合适的选择。常用的降液管布置形式有单、双溢流、阶梯溢流及U型溢流，参图1.2与表1.4。图1.2溢流类型表1.4溢流类型对比名称单溢流型双溢流型阶梯双溢流U形溢流特点常见的流动形态，塔体流径常，塔板效率高，结构简单上层塔板的液体分别经左右两侧降液管，降低液面落差降低液面落差而不缩短液体流径，结构复杂液体流径较长，塔板利用率高，但容易造成汽液分布不均的现象适用性广泛适用于塔径小于2200mm的塔一般适用于塔径大于2000mm的塔适用于塔径很大、液流量很大的特殊场合适用于小塔径或者液体流量较小的场合综合表1.3和表1.4的对比选择，本设计脱硫液化石油气塔径1m，考虑到生产规模不大，塔负荷，结构简单，拆修方便，经济效益为优，最终选择分块式的单溢流流型塔板，降液管选择弓型降液管。（2）溢流装置的计算。①采取单溢流的弓形降液管，不设置进口堰，取堰长为：l②根据式子求出出口堰高：h脱硫液化石油气采用的是平直堰，how堰上液层高度：h近似取E=1，则：h由上述计算以及确定hL板上液层高度为0.10m，即，hw③据图1.3可以求取弓形降液管宽度Wd以及截面积Af，图1.3宽度与截面积比图已求得lw=0.8m，D=1m，即：l从图中可得数据：当横坐标取0.8时纵坐标的两条线分别是：A则：AW依上述几个式子，作有关验算液体处于降液管的停留时间θ：θ=降液管的截面积应该确保液体可以在其停留时间足够，这样溢流液体中所携带的气泡能够被及时分离。计算后停留时间合理，故降液管尺寸合适。④求h0降液管底隙高度，即求降液管地边和塔板的距离，这是为了确保液体流过此处时应该减少一定局部阻力，防止因为存在沉淀物而将降液管堵塞，与此同时也保证良好的液封，防止短路。h这里uhh设计降液管高度，以确保不会造成堵塞，也要确保不会因为安装偏差而最终导致液流不畅通，液泛等结果。故设计合适。（3）塔板布置计算。选择塔板布置。通常来说塔板直径在800mm以内选择整块式塔板；直径在1200mm以上选择分块式塔板（属于大塔径），留出设置人孔拆装的空间；本设计塔径属于800mm及1200mm之间，根据制备与安装检修具体情况，在两者之间选择分块式塔板，将塔板分为四块。取破沫区宽度Wc=Ws=0.09m，边缘区宽度Wc=0.07m。以下计算塔板数鼓泡区面积：A式子中：R=x=将上述求得的值代入公式，则：A取浮阀孔动能因子F0=10，求孔速：u即单块板上的浮阀数目为：N=本塔设计根据浮阀排列的方式确定等腰三角叉型，同一排孔心距t=75mm，即：t由于塔径适中，上述已采用分块式，鼓泡区面积要被各分块塔板的支撑和衔接占掉一定部分，排间距不宜超过300，因此取t’=300mm。将重新取得的数据代入，得出N=23。将N代入，重新核算阀孔动能因素：uF阀孔动能因素在9~12范围内属于合理的设计，本设计开孔率：u1.3核算塔板流体力学（1）流经浮阀塔板气相的压力降：hp·干板阻力：u故u0h·求板上充气液层阻力：本设计为脱硫液化石油气脱丙烷塔，分离烷烃类的混合液，液相是碳氢化合物，取充气系数ε0h·由于表面张力带来的阻力很小，可以选择忽略不计，即与气体流经一层的浮阀塔板的压力降等于液柱高度：h则单板压降：Δ（2）液泛为了确保不会发生液泛现象，要求规定降液管中的清液层高度，即，H由前面已经求出hph由前面已经选定hLH取ϕ=0.5，取定HTϕhd（3）雾沫夹带以下两式，即，泛点率=泛点率=板上液体流径长度：Z板上液流面积：A组分为烷烃类，可按照正常系统，根据泛点负荷性能图，K=1.0，查得泛点负荷系数CF泛点率=泛点率=通过上述式子计算得泛点率都没有80%，可知雾沫夹带线合适。1.4绘制塔板负荷性能图（1）雾沫夹带线由，泛点率=可知，按照80%的泛点率来计算，泛点率=经过整理，得：V据此式，知雾沫夹带线为直线，在操作范围内任取两个Ls，找出对应的Vs，如表表1.5雾沫夹带线L0.0020.010V0.0580.050（2）液泛线将几个式子联立，ϕϕ物系一定，塔板尺寸也一定，HTN=式子中的孔径与阀孔数也为定值，进一步化简，C其中C1V在操作范围内任意选择几个Ls值，计算出对应的Vs值，表表1.6液泛线L0.0010.0050.0090.013V0.0610.0600.0590.058（3）液相负荷上限线确保求出合适的液体在降液管中的停留时间，因为液体的最高流速在降液管中的停留时间要限制在3~5s以上，即，θ=则取θ=5sL所求Lsmax=0.014（4）漏液线F1重型阀的选择，按照F0uN=得，V选定F0V（5）液相负荷下限据前面的计算，取堰上液层高度how2.84L运用OFFICEEXCEL绘制出塔板负荷性能图，如图1.4。图1.4塔板负荷性能图从图中可以看出在任务规定条件下操作点p处于合适的位置，塔板的气相负荷上限是被雾沫夹带控制，操作下限由漏液控制，根据图找出操作弹性：操作弹性=1.5脱丙烷塔工艺计算结果本节所设计脱丙烷塔工艺计算的结果如表1.7所示。表1.7脱丙烷塔工艺计算结果项目数值/说明备注进料流量，吨/年26280液相的体积流量，m3/s0.002928气相的体积流量，m3/s0.036785塔径，D/m1.00板间距，HT/m0.60塔板形式弓形降液管分块式，单溢流空塔气速，u/(m/s)0.052堰长，lW/m0.80堰高，hW/m0.088板上液层高度，hL/m0.10降液管底隙高度，h0/m0.018浮阀数，N/个16叉排，等腰三角形阀孔气速，u0/(m/s)1.34阀孔动能因素F010临界阀孔气速，uoc/(m/s)2.52孔心距，t/m0.075液体在降液管的停留时间θ/21.6降液管内清液层高度H0.20泛点率%15.4气相负荷上限V0.055由雾沫夹带控制气相负荷下限V0.019操作弹性2.891.6塔件的设计（1）设计进料管脱丙烷塔进料的流量为F=3000kg/h进料温度确定为40℃，密度为572kg/m3，进料泵将物料输入的速度范围是1.5~2.5m/s，这里取u=1.7m/s，已知液相体积流量为VLd由此选取ϕ50×3.5mm，热轧无缝钢管，型号国标GB8163−2008（2）设计塔底出料管设定塔底出料速度u=0.9m/s，已知液相体积的流量Vd由此选取ϕ65×5.5mm，热轧无缝钢管，型号国标GB8163−2008，

（3）塔体材料设计塔筒体厚度，对钢材进行选型脱丙烷塔处理料为烷烃，主要含碳三、碳四类，腐蚀性小，材质可以选择一般常用钢种，压力处于1.1MPa，根据钢制容器中钢板许用应力表，采取20R、16MnR、15MnVR等钢材，设计温度在100~150℃内，以下对比16MnR与20R两个钢材的方案设计。·方案一采用16MnR钢质，温度处于-5~44℃范围内的许用应力查得为σt=163MPa；采用V形坡口双面焊缝的双面焊接，局部无损检测，查阅焊接系数表后取ϕ=0.85；钢板负偏差取Cδ取δnΔ水压校验：pp内壁容器校验取两者之中最大者，pTσ16MnR在常温水压试验时钢质许可应力：σ故σT<·方案二采用20R材质，20R钢板材质σt=133MPaδ圆整后为δn水压试验：σ常温下钢质材料20R的水压试验许可应力为：σ故σT·方案比较：表1.816MnR和20R对比材质16MnR20R厚度6mm6mmσ163MPa133MPaϕ0.850.85用钢量较少较多制造费用略贵略便宜综